Etude des paramètres influençant les résultats des essais de durabilité

Modification de l’essai Micro-Deval en présence d’eau (MDE)

2.1.1.1

Au cours de la convention Recywall (1996-1997), l’influence de différents paramètres sur les performances des recyclés mixtes à l’essai Micro-Deval avait été étudiée. Le test avait ainsi été effectué pour trois fractions différentes et deux teneurs en béton en 1996. En 1997, il avait été répété pour deux fractions et quatre teneurs en béton. Les résultats sont représentés à la Figure 39.

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Figure 39 : Résultats des études Recywall de 1996 et 1997 portant sur l’influence de la fraction granulométrique et de la teneur en granulats de béton sur les résultats du test Micro-Deval.

Sans surprise, plus la teneur en béton du granulat mixte est importante, plus le granulat est résistant à l’attrition et moins le coefficient MDE est élevé. En ce qui concerne l’influence de la granulométrie, l’étude de 1996 semble montrer une tendance à la diminution du coefficient lorsque la fraction augmente, alors que l’étude de 1997 semble mener à la conclusion opposée. La quantité d’abrasif utilisée au cours de l’essai dépend de la fraction testée (Tableau IX). On peut imaginer que celle-ci a été déterminée pour que la fraction testée ait une influence minimale sur les résultats de l’essai, ce qui semble être le cas ici.

Dans le cadre du programme de recherche Aperrout, différentes variantes ont été testées. Tout d’abord (Figure 40), l’essai a été réalisé à sec (l’essai classique étant effectué en présence de 2.5 l d’eau). Le paramètre mesuré s’appelle alors MDS (Micro-Deval à sec), et s’évalue en pourcents également.

Figure 40 : Comparaison d’essais Micro-Deval avec et sans eau.

Le pourcentage de perte suite à l’essai Micro-Deval est très fortement diminué lorsque le test est effectué à sec. L’eau joue donc un rôle important dans l’attrition des granulats au cours de l’essai.

APERROUT – rapport scientifique final Page 67 Le second paramètre dont l’influence a été étudiée est la fraction granulométrique soumise au test. En plus de la fraction [10/14] imposée dans la norme, nous avons effectué l’essai sur les fractions [4/8] et [16/32]. Pour cette dernière, le poids de l’abrasif a été augmenté à 10 kg (au lieu de 5kg), conformément à la variante de l’essai appliquée au ballast de chemin de fer (§1.1.4.2). Les résultats sont représentés à la Figure 41.

Figure 41 : Influence de la fraction granulométrique testée sur l’essai Micro-Deval.

La perte en masse de l’échantillon suite à l’essai diminue clairement lorsque la fraction granulométrique augmente. Cette diminution se vérifie malgré le fait que le poids de l’abrasif ait été doublé pour la fraction la plus importante. Cette diminution est logique puisque l’attrition est un phénomène lié à la surface des granulats, qui est d’autant plus importante que la granulométrie est faible.

Modification de l’essai Los Angeles (LA) 2.1.1.2

Comme c’était le cas pour l’essai Micro-Deval, le programme d’essai de la convention Recywall (1996- 1997) a étudié influence de la teneur en béton et de la fraction granulaire sur les résultats des recyclés mixtes à l’essai Los Angeles. Ces résultats sont représentés à la Figure 42.

Figure 42 : Résultats des études Recywall de 1996 et 1997 portant sur l’influence de la fraction granulométrique et de la teneur en granulats de béton sur les résultats du test Los Angeles.

APERROUT – rapport scientifique final Page 68 A nouveau, une augmentation de la teneur en béton mène clairement à la diminution du coefficient Los Angeles. En ce qui concerne l’influence de la fraction granulométrique sur les résultats, les essais ne mènent pas à une conclusion simple : l’évolution du coefficient LA en fonction de la fraction granulométrique montre des tendances différentes pour chaque échantillon. A nouveau, le nombre de boulets utilisé est adapté en fonction de la granulométrie, ce qui mène à une relative invariabilité des résultats en fonction de la fraction testée.

Dans le cadre du projet Aperrout, des tests ont été réalisés sur différentes fractions des échantillons Ib, II et III afin d’estimer l’influence de la granulométrie sur les résultats de l’essai Los Angeles (Figure 43). Pour la plupart des essais menés sur la fraction 16/32, la quantité d’abrasif a été augmentée à 14 boulets, comme préconisé dans la norme et comme précédemment réalisé dans les études Recywall. Pour comparaison, un seul essai a été mené, sur la fraction 16/32 de l’échantillon Ib, en maintenant la quantité d’abrasif à 11 boules de 430 g sont ajoutées aux 5 kg de granulats.

Figure 43 : Résultats des échantillons traités des Centres Ib, II et III à l’essai Los Angeles modifié avec des fractions et des charges d’abrasif variables.

Pour une même charge abrasive, on observe une légère tendance à la diminution des pertes lorsque la granulométrie augmente. Cette tendance est beaucoup moins marquée que dans le cas de l’essai Micro- Deval. A l’inverse, lorsque la charge d’abrasif est augmentée, en accord avec la norme, à 14 boulets pour la fraction 16/32, on observe une augmentation des pertes par rapport à l’essai de référence.

Modification de l’essai gel–dégel 2.1.1.3

Deux variantes du test normalisé de résistance aux cycles de gel–dégel ont été testées. La première consiste à ne pas effectuer l’essai sur l’échantillon saturé, mais plutôt sur un échantillon égoutté pendant une minute avant l’essai. La seconde variante consiste à effectuer l’essai sur un échantillon ayant déjà subi le test : après les 10 cycles de gel–dégel prescrits par la norme, l’échantillon est à nouveau tamisé pour isoler la fraction 8/16 et est soumis à 10 cycles de gel–dégel supplémentaires. Cette dernière variante a été proposée lors du comité de parrainage pour réduire la valeur du coefficient de perte au gel–dégel des granulats, et ainsi potentiellement pouvoir atteindre la valeur de 2% imposée par la norme. Les résultats sont représentés à la Figure 44, ainsi que la quantité de fines produites (f) durant les essais.

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Figure 44 : Résultats du test de résistance aux cycles de gel–dégel réalisé sur l’échantillon du Centre Ib, ainsi que des tests réalisés avec les variantes « sans eau » et « 20 cycles » : coefficient de perte F (%) et teneur en fines

produites.

Les variantes apportées à l’essai permettent effectivement de réduire de façon importante le coefficient de perte F (avec des valeurs respectives de 4.2% et 4.1%, alors que le coefficient calculé selon l’essai standard s’élève à 9.4%), mais cela ne suffit pas à obtenir une valeur inférieure à la limite de 2% fixée par le Qualiroutes. Même la combinaison de ces deux variantes donne une valeur qui reste supérieure à cette limite (3.2%).

De plus, si ces variantes permettent bien de réduire le coefficient de perte, rien ne prouve qu’elles permettent réellement une meilleure approche du comportement réel du granulat lorsqu’il est soumis au gel. En particulier, le fait d’estimer la perte au gel sur un granulat ayant déjà subi une première fois les 10 cycles de gel–dégel ne pourrait représenter que le cas de granulats mis en place après avoir subi un hiver rigoureux durant leur stockage. Si cette situation peut représenter la réalité dans quelques cas, elle ne pourra pas, pour des raisons logistiques, être imposée de façon systématique à tous les producteurs. Une autre approche relative à l’essai de résistance au gel–dégel consiste à s’intéresser à la teneur en fines produites (f), à l’instar du critère allemand. Celui-ci stipule que le coefficient F peut être accepté jusque 10% pour des granulats recyclés, à condition que la teneur en fines (f) de l’échantillon après essai soit inférieure à 2% et que la somme de cette teneur et de la teneur en fines de l’échantillon initial soit inférieure à 5%.

Les teneurs en fines (f) mesurées après l’essai sont toutes inférieures à 1% (Figure 38). Le critère allemand pourrait donc être vérifié si la teneur en fines (f) initiale était inférieure à 4%. Dans le cas de l’échantillon considéré, ce n’est pas le cas car la teneur mesurée est de 8,3% (Tableau XXVIII). Néanmoins, un simple criblage du matériau visant à évacuer les éléments fins excédentaires pourrait conduire à un granulat suffisamment résistant au gel–dégel sur base de ce critère. Il serait utile d’effectuer des recherches sur les études qui ont été menées avant l’établissement de ce critère allemand, afin de voir s’il est vraiment représentatif du comportement réel des granulats recyclés.

Influence de la nature des matériaux sur les résultats aux essais de durabilité 2.1.1.4

Des essais de durabilité ont été menés sur des échantillons de matériaux purs, afin de déterminer à quel point la composition des recyclés était susceptible d’influencer les résultats.

Var 1 Var 2 Var 1+2 Var 1 Var 2 Var 1+2

APERROUT – rapport scientifique final Page 70 Les échantillons testés ont été obtenus à partir de la fraction supérieure à 40 mm des échantillons bruts M 5284 A et M 5284 C. Après criblage, les échantillons ont étés triés visuellement avant d’être concassés par percussion.

Etant donné la faible quantité de matériaux pouvant être obtenus par tri visuel, seuls les essais Micro- Deval et gel-dégel ont été réalisés, en effectuant seulement une partie de l’essai lorsque la quantité disponible était insuffisante. Les résultats sont détaillés au Tableau XXXI, où ils sont comparés à la moyenne des résultats obtenus sur les recyclés ainsi qu’aux résultats mesurés sur les matériaux bruts traités à l’aide du protocole expérimental (voir Tâche 5). Les résultats pour l’essai Micro-Deval sont représentés à la Figure 45.

Tableau XXXI : Résultats des essais Micro-Deval et Gel-dégel effectués sur des matériaux purs.

Micro-Deval Gel-dégel MDE (%) F (%) fines (%) Bétons + mortiers 55 30.77 2.46 Briques 69 6.96 0.68 Pierres naturelles 17 1.77 0.31 Céramiques 20 3.93 0.3

Mixtes (brut+ simple concassage) 54.5

Mixtes (brut+ double concassage) 45 10.81 0.67

Moyenne recyclés mixtes 39.28 10.59 1.42

Moyenne recyclés de béton 27.25 8.97 0.34

Figure 45 : Résultats de l’essai Micro-Deval sur matériaux purs et comparaison avec des mesures effectuées sur des granulats bruts traités par protocole expérimental et avec les résultats moyens mesurés sur granulats

recyclés.

Les bétons, et surtout les briques, présentent un coefficient MDE très élevé, alors que les pierres naturelles et les céramiques présentent un coefficient très faible (≤20%). Les matériaux recyclés contiennent des pierres naturelles (entre 9 et 25%), qui compensent probablement en partie les valeurs élevées observées pour leurs constituants principaux que sont la brique et le béton. Néanmoins, les valeurs mesurées semblent indiquer que les matériaux purs testés sont particulièrement fragiles (ou que le traitement qui leur a été appliqué est insuffisant). Les résultats confirment néanmoins que ce sont les briques qui ont l’impact le plus néfaste sur les performances des matériaux mixtes.

APERROUT – rapport scientifique final Page 71 Les résultats mesurés pour l’essai de sensibilité au gel-dégel sont présentés à la Figure 46.

Figure 46 : Coefficient de sensibilité au gel-dégel F (%) et teneur en fines produites f (%) mesurés sur matériaux purs et comparaison avec des mesures effectuées sur des granulats bruts traités par protocole expérimental et

avec les résultats moyens mesurés sur granulats recyclés.

Les bétons et mortiers purs testés ici présentent un coefficient F supérieur à 30, ce qui est extrêmement élevé. De même, la quantité de fines produites (f) est elle-aussi supérieure à la moyenne. Même si les essais réalisés sur les recyclés de béton avaient montré que ceux-ci n’étaient pas significativement plus performants vis-à-vis de l’essai de résistance au gel-dégel (Figure 38), ces pertes importantes sont trop élevées pour être représentatives des résultats obtenus sur les recyclés de béton. Comme hypothèse pour expliquer ces valeurs élevées, outre le fait que les recyclés de béton contiennent une part importante de pierres naturelles, on peut supposer que le béton présent dans les déchets bruts d’origine était probablement de mauvaise qualité.